IGRT RadioThérapie Guidée par l`Image Aspects
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25/03/2010 PLAN - INTRODUCTION IGRT RadioThérapie Guidée par l’Image Aspects Techniques et Physiques et D i ét i Dosimétriques • Historique • Equipements • Définition • CQ IGRT – Qualité images – Précision mécanique – Logiciels • Incertitudes et marges • Stratégies IGRT • Conclusion C. Ginestet – F. Lafay 23 Mars 2010 Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble L’Image en Radiothérapie au cours du temps IGRT RX 2D – 3D Trilogy Varian/Novalis TX Scan 4D Imagerie de référence IRM PET-CT Scanner 3D Simulateur 2D 2010 2005 2000 Axesse Elekta 1990 Artiste Siemens Hi-Art Tomotherapy 1980 1970 1960 1951 3DÅCBÆ4D Cyberknife Accuray FilmÅIPÆnumérique Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Imagerie de contrôle Exatrac Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 1 25/03/2010 Moyens de repositionnement non irradiants Transpondeurs 32 micro bobines placées dans un appareil en regard du patient La puissance est délivrée par induction Echographie Résonance dans le marqueur implanté Réception de la relaxation par les bobines (triangulation) Mise en œuvre de la radiothérapie conformationnelle par modulation d'intensité guidée par échographie transabdominale S. Naudy, Cancer/Radiothérapie, 2006 Varian US localization system Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble «Photographies» surfaces cutanées Soigner, chercher, vaincre. Ensemble IRM Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 2 25/03/2010 Définition • IGRT = PROCEDURE – délivrance de la radiothérapie plus précise – répérage du volume cible basé sur l’imagerie – repositionnement fiable du patient • But: – assurer la sécurité du traitement – diminuer le volume de tissu sain exposé aux rayonnements ionisants [American College of Radiology, 2009] Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Définition • IGRT = Composante technique du traitement de Radiothérapie – Acquisition d’images – Recalage – Analyse des images recalées – Validation des corrections à effectuer • Recommandée: RTC3D-IMRT • Obligatoire: stéréotaxie crânienne et extra crânienne Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 1 - Qualité d’image Recette, évaluation et suivi (CQ) du système d’IGRT: 1. Qualité d’image: 2. Précision et exactitude: 3. Logiciel IGRT: o o o o Æ qualité du recalage entre images issues du TPS (images de référence) et images du système d’imagerie (images de contrôle) Images de référence Images de contrôles Acquisitions Reconstructions Relation géométrique entre système d’imagerie d imagerie et système d d’irradiation irradiation Communication logiciel avec TPS et accélérateur Module de Recalage d’images Transfert des décalages Réalisation des décalages DE VINCI, Paris - VASARELY, Aix en Provence Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 3 25/03/2010 C.Q. images Catphan: 4 modules • Utilisation CQ scanner • Catphan 503: • Distorsion (exactitude géométrique) • Logiciel d’analyse automatique • Résolution spatiale – 10 groupes de paramètres – Performances des imageurs ¾ Mesures de distance physique ¾ agrandissement = 1 ¾ Distorsion = 0 ¾ Nombre de paires /lignes résolues au mm • Uniformité ¾ Valeurs moyennes des pixels en 4 pts aléatoires ¾ % de différence entre min et max Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Résultats : géométrie Étude pour différents protocoles Protocoles Paramètres d’acquisition Tête et Cou 100kV – 36.1 mAs – S20 – 200°361 images Thorax Pelvis Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 120kV – 650 mAs – S20 – 360°650 images 120kV - 650 mAs – M20 – 360°650 images T et C Thorax Pelvis Moyenne ligne 50mm 49.7mm 50 mm Distorsion 0.6% 1.4% 0.8% 1 0.99 1 Taille pixel X 0.5mm 1 mm 1 mm Taille pixel Y 0.5mm 1 mm 1 mm Agrandissement Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 4 25/03/2010 Résultats : uniformité 3D Résultats : résolution spatiale Homogénéité de l'image 1500 T et C 6.5 pl/cm Résolution spatiale Thorax 3.09 pl/cm Niveaux de gris 1400 Pelvis 3.4 pl/cm 1300 Head Neck 1200 Thorax 1100 Pelvis 1000 900 800 700 0 1 2 3 4 5 Régions d'intérêt 6 7 Recommandé: Supérieure à 6 pl/cm Taille du pixel X 0.5 mm 1 mm 1 mm Taille du pixel Y 0.5 mm 1 mm 1 mm 0 4 1 2 Inférieur à 2% 3 Æ pixel x 2 Æ résolution / 2 Æ résolution > 6 pl/cm Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 5 Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Contrôles des images 2D • Fantôme spécifique NORMI13 PTW, • Mires de résolution Contrôle de Qualité Image • Périodicité: – Lors de la recette – Puis une fois p par an Préconisation Afssaps pour la radiologie Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 5 25/03/2010 CQ des écrans moniteurs • Mires AAPM : images DICOM téléchargeables – Artefacts d’affichage – Déformation géométrique – Contraste CQ dosimétriques Islam et al, Medical Physics, 2006, « Patient Dose from kilovoltage cone beam CT » • Évaluation de la performance du tube: kV, mAs, filtration,... • Dose délivrée – CTDI : Index de dose scanographique -> > stabilité du tube • Périodicité: – Contrôle quotidien en mammographie – Annuel suffisant sauf si doute Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Optimisation de la dose image • En minimisant : – mAs – Nombre de mAs par projection – kV • En adaptant : – Laa taille ta e du champ c a p de vue ue longitudinal(FOVz) 5 ->26 cm à l’isocentre – La rotation : • complète -> rotation partielle Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 2 - C.Q. Stabilité mécanique • Manque de rigidité, jeux mécaniques • Objectif:assurer la meilleure concordance possible entre le référentiel patient (image) et le référentiel traitement (isocentre MV) • Le système Elekta est conçu de sorte que l’isocentre mécanique du système kV soit à 0.5mm +/-0.5 mm de l’isocentre MV Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 6 25/03/2010 CQ mécanique Le fantôme Ball Bearing (BB) [Sharpe et al, Med Phys, 2006] • Poids Accél+IP+CBCT Æ Flex • Flex = déviation centre de rotation / isocentre parfait • Flex < 0.5 mm Æ distorsion d d’images images tolérable lors de la reconstruction Isocentre Linac Isocentre kV • Flexmap : courbe corrigeant la Flex en fonction de l’angle de rotation du bras Soigner, chercher, vaincre. Ensemble • Sphère dense placée au bout d’une tige • Posée sur la table ajustée à l’aide de vis micrométrique • Mise en place du fantôme BB à l’isocentre vérifiée par images portales • Rotation du bras Æ multiples projections KV Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Etablissement de la Flexmap Vérification hebdomadaire(1) • Le logiciel calcule les déviations entre la position du fantôme et l’isocentre pour chaque angle de projection: Æ Flex map • Intégrée au processus de reconstruction : à chaque projection projection, l’image l image est décalée de la valeur de la Flex correspondante • Périodicité – À la recette du système – CQ mensuel: 3 heures Soigner, chercher, vaincre. Ensemble • • • Coïncidence lasers - isocentre Coïncidence champ lumineux – champ irradié Coïncidence MV/kV: isocentre et images Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 7 25/03/2010 Fantôme QUASAR Penta-Guide : IP TM QUASAR Penta-Guide:Coïncidence CBCT- isocentre MV TM [Sykes et al, Phys Med Biol, 2008] BRAS 0° 1° 270° Vérification de l’isocentre accélérateur Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 3 - Vérification du logiciel IGRT • Reçoit-il correctement les informations du TPS? • Recalage – L’algorithme est il performant? • Influencé p par la q qualité de l’image g obtenue • Définir une région d’intérêt pour optimiser le processus • Repositionnement – Les valeurs de décalages sont elles correctes? Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 8 25/03/2010 Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Vérification hebdomadaire(2) Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Vérification de la bonne correction:déplacement de table • Déplacement connu du fantôme(X,Y,Z) • • 1er CBÆrecalage Ædéplacement automatique de la table Vérification des déplacements de table automatiques Soigner, chercher, vaincre. Ensemble • 2ème CBÆrecalage Ævérification du bon déplacement Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 9 25/03/2010 Potentialisation de l’IGRT Bilan des CQ Contrôle durée matériel Périodicité Images 3D 90 mn Fantôme Catphan année Images 2D 15 mn Mire NORMI 13 PTW année Ecrans 15 mn Mire TOR18 FG année "CTDI" 1 heure Fantômes Tête et Corps année Vérification Flexmap 3 heures Fantôme Ball Bearing 1 ou 2 mois Vérification Flexmap 10 mn Fantôme Quasar semaine Vérification recalage 10 mn Fantôme Quasar semaine Vérification positionnement 10 mn Fantôme Quasar semaine Soigner, chercher, vaincre. Ensemble • Systèmes de contention • Etudes des Marges à conserver: – Variabilité inter-observateurs – Les incertitudes sur l’extension tumorale – Les incertitudes géométriques résiduelles • Mécaniques • Dosimétriques – Mouvements intra-fraction Soigner, chercher, vaincre. Ensemble DÉFINITION DES ERREURS EN RTE ¾une erreur systématique correspond à tout écart entre le prévisionnel et le réalisé qui va se reproduire de séance en séance Influence de la marge sur le volume irradié [Verellen, Nature, 2007] ¾une erreur aléatoire intervient de manière tout à fait imprévisible lors de la séance. Position moyenne : Erreur systématique Mesures Isocentre prévu lors du plan de traitement Imagerie de contrôle Ellipse de rayon 1 écart type (σ): Erreur aléatoire Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Une faible diminution de marge (5mm) peut diviser le volume irradié par 2 Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 10 25/03/2010 • • Réduction des marges Enregistrement des erreurs de positionnement Analyse statistique sur population patients – Localisation – Système de contention – Appareil de traitement (et d’imagerie) – .... « Recette van Herk »= marge autour du CTV assurant que le CTV recevra au moins 95% de la dose p prescrite p pour 90% des p patients SD erreurs systématiques SD erreurs aléatoires Largeur de la pénombre (3,2mm) Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Stratégies IGRT/localisation Enregistrement des erreurs de positionnement • Zone anatomique – Rigide: crâne – Déformable: abdomen – Mobile: poumon • Sructures – Visibles: os (cerveau), poumon (thorax) – Peu visibles: foie, ganglions dans médiastin… • Mise en place de fiduciaires • Signal respiratoire • Recalage déformable Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 11 25/03/2010 Exemple: Stratégie Tumeur Mobile 4D • Logiciel développé au NKI à Amsterdam [Sonke et al, Med Phys, 2005] [Wolthaus et al, Med Phys, 2008] [Rit et al, Med Phys, 2009] partir d'une acquisition q • Reconstruction à p avec gantry rapide (séquence utilisée pour le 3D) • Reconstruction à partir d'une acquisition avec gantry lente Gantry rapide • Workflow du recalage 4D Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Recalage 4D: Point de départ re Gantry lente Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 12 25/03/2010 Recalage 4D: recalage 3D os dans clipbox Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Recalage 4D: après recalage os Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Recalage 4D: recalage 4D des niveaux de gris dans la tumeur Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Recalage 4D: conversion en table Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 13 25/03/2010 Workflow RT Adaptative Recalage 4D: résumé du 4D Images CB Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Corrections Table Traitement nouvelle position Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Définition IGRT (n°2) • RadioThérapie Guidée par l’Image = Procédure permettant • D’augmenter la précision de la Radiothérapie en imageant la tumeur et/ou les structures saines avoisinantes avant ou pendant le traitement • Et, Si nécessaire d’utiliser ces informations pour adapter le traitement [van Herk, Acta Oncologica, 2008] Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Analyse d’images Conclusion(1) Arsenal important et sophistiqué mais Pas de précision sans méthode • Evaluation des performances • ProtocolesÆProcéduresÆOrganisation • Formation (RT,PSRPM,MER) • CQ matériel, workflow et PP Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 14 25/03/2010 Conclusion(2) 1er objectif de la recherche en Radiothérapie: Merci pour votre attention ! Remerciements particuliers pour leur contribution à: Frédéric Lafay, Myriam Ayadi, Claude Malet, Antoine Désarménien, Simon Rit, NKI, Elekta à la réduction des marges à la position des OAR/CTV à l’intra-séance aux doses images (Nbre) 2 kVÆ0,03cGy 1CBÆ3cGy (x100) 2IPÆ9cGy (x300) ! Soigner, chercher, vaincre. Ensemble Soigner, chercher, vaincre. Ensemble 15
